Materiale compozite sustenabile si compatibile cu

mediulClaudia Irina KONCSAG

Conferinta Nationala de Chimie-Petrol, Constanta 2005

Strategia nationala de cercetare-dezvoltare in domeniul “materiale noi”

in perspectiva integrarii in spatiul de cercetare european

  materiale noi, avansate si nanomateriale pe baza de aliaje neferoase   materiale noi, avansate si nanomateriale pe baza de compozite si ceramice materiale pentru acoperiri si straturi cu proprietati controlate oteluri si superaliaje speciale; pulberi si metalurgia pulberilor; materiale si sisteme magnetice cu proprietati controlate; materiale compozite lemnoase; sinteza si modificara polimerilor; materiale carbonice avansate, materiale de sinteza si carbonice; obtinerea si caracterizarea monocristalelor si a materialelor ordonate;   lianti;   sticle.

Alte materiale noi

Materiale structurale Materiale inteligente Materiale cu gradient functional si materiale multifunctionale Materiale pentru logistica Biomateriale Materiale biocompatibile Materiale compatibile cu mediul Materiale autocompozite

Majoritatea acestor materiale sunt materiale compozite

Materiale compozite

Sunt materiale eterogene cu minimum 2 componente cu proprietati diferite, cu bariere structurale abrupte, care se completeaza reciproc rezultand un material cu proprietati superioare

Alcatuite din: - un material de baza (matricea)

- un material complementar (fibre, placi, particule)

Ex: un polimer (matricea) umplut cu particule de silice

Materiale structurale Sunt materiale statice, cu proprietati prestabilite Reprezinta imbunatatiri ale materialelor obisnuite, in sensul

modificarii structurii , pentru a obtine o calitate superioara Ex: materiale ultrausoare care sa aiba proprietati mecanice

superioare celor deja realizate Au aplicati in aeronautica si aerospatiale dar si in domeniul

militar (materiale pentru logistica) Eforturile cercetatorilor se indreapta spre proiectarea unor

materiale, variante imbunatatite ale celor clasice, cu calitati superioare dar mai ales spre reducerea costurilor de fabricatie

Materiale inteligente Sunt materiale dinamice, atat in ceea ce priveste activitatea

lor (sunt inglobate in sisteme dinamice) cat si in ceea ce priveste forma lor

Ele se comporta atat ca senzori cat si ca elemente de executie dintr-un sistem automat (actuatori)

In general, exploateaza fenomenul de piezoelectricitate in ambele sensuri

Cele mai performante sunt inteligente intrinsec: furnizeza autodiagnostic si se pot autorepara

Materiale inteligente 2

Materiale sustenabile

Dezvoltarea durabila implica satisfacerea nevoilor prezente fara a compromite sansele generatiilor viitoare de a-si satisface propriile lor nevoi

Depozitare, distrugere, valorificare la sfarsitul ciclului de viata

Utilizarea materialelorMentenanta

Cultivarea plantelorExtractia fibrelor

Fabricarea materialelor compozite

Transportul si comercializarea materialelor

Caracteristicile materialelor sustenabile 

-          sa aiba un grad de reutilizare si reciclare cat mai mare

-          sa fie durabile -          sa provoace emisii zero sau cat mai

mici -          zero toxicitate (sau foarte scazuta) -          sa fie fabricate pe baza unor

componente obtinute din resurse locale

Masuri practice in scopul descoperirii oportunitatilor economice la nivel

local/regional 1

Cuantificarea resurselor existente prin colectarea date si analiza acestora in vederea stabilirii strategiilor

Aplicarea principiilor fluxurilor de materii prime si a bilanturilui de masa pe toata durata unui ciclu economic in scopul determinarii raportului cost/beneficii si eficientei utilizarii resurselor (la cara lcala/ regionala)

Revizuirea standardelor si specificatiilor, proiectarea unor noi materiale

Evaluarea potentialelor piete pentru materiale secundare si reciclate

Evaluarea infrastructurii si a cerintelor de transport pentru segregarea, re-procesarea si distributia materialelor.

Masuri practice in scopul descoperirii oportunitatilor economice la nivel

local/regional 2

Aparitia unui concept nou: „parcul pentru resurse sustenabile” pentru o intelegere deplina a tipurilor de deseuri, potentiala colectare, separare,tratament si/sau valorificare

Efectuarea unor studii de fezabilitate care sa furnizeze recomandari si optiuni valabile, costurile acestor optiuni si riscul asociat implementarii acestor optiuni

Investigarea si validarea unor produse inovatoare fabricate din materiale reciclabile

Moitorizarea independenta si evaluarea performantelor strategiilor pentru deseuri

Armonizarea tehnologiilor cu legislatia privind deseurile

Politica guvernamentala coerenta  -          dezvoltarea unui nou marketing pentru « afaceri

dificile cu deseuri » -          inchiderea « buclei » pentru re-utilizare, re-

manufacturare si reciclare care inseamna oferirea unor oportunitati comerciale precum si benefici pentru mediu; guvernul sa favorizeze aceste afaceri

-          legi mai bune care sa forteze schimbarea si sa demonstreze adevaratul cost al afacerilor (tinand cont de impactul asupra mediului). Tinta finala : deseuri zero, atat in industrie cat si in uzul domestic

-          sprijin mai mare pentru afaceri si pentru inovare

Exemple de materiale compozite sustenabile

Sunt, in covarsitoarea lor majoritate materiale de constructie cu matrice polimerica si fibre de ranforsare de origine vegetala sau animala (biocompozite) sau cu fibre de carbon sau sticla reciclate:

Canepa, in, iuta, paie, agave, sisal, chitina si chitosan

Tratamentul fibrelor vegetale

Decorticarea tulpinilor - separarea fibrelor (teaca) de miez

Tratamentul enzimatic (“topirea” controlata a firelor) Uscare Tratament cu soda caustica si/sau Tratament cu acid acetic glacial Tratament cu cheratina hidrolizata (inlocuieste

NaOH) Tratament cu silan, dicumil peroxid sau clorura de

benzoil

Noi tratamente

Tratament cu steroizi combinat cu Modificari genetice

Rezultate: cresterea productiei de fibre si obtinerea de fibre cu caracteristici superioare

Exemplu: tratamentul fibrelor de in cu silani

Decorticarea tulpinilor Spalare cu sol. detergent 2% Uscare aer cald, 70 C, 24 h Extractia cerii si polim.solubili

in apa, cu alcool:bezen 1:2 Spalare Uscare Pretratare cu NaOH 5%

(mercerizare), ½ h

Celuloza I Celuloza II Spalare repetata cu apa Uscare

Tratament chimic cu silani (ex:trietoxi-vinil silan)

- Silanii se hidrolizeaza, condenseaza si formeaza legaturi prin intermediul grupelor OH din fibre

- Scopul: reducerea caracterului higrosopic al fibrelor prin scaderea numarului de grupe hidroxil care pot forma leg. de H

Substante de origine animala

Cochilii

Maruntire Separare proteine (NaOH)

Spalare

Demineralizare(HCl) Spalare-uscare CHITINA

N-deacilare Spalare-uscare CHITOSAN

Reciclarea fibrelor de carbon si de sticla

Tratament termic175-850 C, in functie de natura polimerului si de timpul de tratamentInstalatii de pana la 500 t/an, amortizare 1 an Tratament chimic

mai scump, mai putin “prietenos “ cu mediul, mai putin atractiv

PMC

Tratare Spalare Uscare Fibre curate

Glicol Apa uzata

gaze